Документация

Общий подход

В Live Editor можно включать форматированный текст как часть интерактивного описания. Используйте полужирный, курсивный, и подчеркнутый текст, чтобы подсветить важные слова или идеи. Используйте маркеры или числа к спискам форматов.

В этом примере мы оценим выходную мощность от типичной установки солнечной батареи. Мы будем использовать 12 полудня 1-го июня в Бостоне, чтобы проиллюстрировать, как вычислить следующее:

Мы будем использовать эти формулы, чтобы построить солнечный и излучение панели в течение нашего дня в качестве примера, и затем построить ожидаемое производство электроэнергии панели в течение года. Мы будем использовать две функции MATLAB, созданные для этого анализа, solarCorrection и panelRadiation, чтобы оптимизировать анализ.

Солнечное время

Вывод Show вместе с кодом, который произвел его. Чтобы запустить раздел кода, перейдите к вкладке Live Editor и нажмите кнопку Run Section.

Производство электроэнергии в солнечной батарее зависит от того, сколько солнечного излучения достигает панели, которая в свою очередь зависит от положения солнца относительно панели, когда солнце продвигается по небу.

lambda = -71.06;                              % longitude
phi = 42.36;                                 % latitude
UTCoff = '-5';                              % UTC offset 
TZ = ['UTC' UTCoff];
january1  = datetime(2016,1,1,'TimeZone',TZ);              % January 1st
localTime = datetime(2016,6,1,12,0,0,'TimeZone',TZ)        % Noon on June 1

localTime = datetime
   01-Jun-2016 12:00:00

Чтобы вычислить положение солнца для данной даты и времени, мы должны использовать солнечное время. Солнечное время двенадцати полудня задано, чтобы быть временем, когда солнце является самым высоким в небе. Чтобы вычислить солнечное время, мы применяем исправление к местному времени. То исправление имеет две части:

Мы будем использовать функцию MATLAB, созданную для этого анализа под названием solarCorrection. Например, в полдень 1 июня, солнечное время было бы:

d = caldays(between(january1,localTime,'Day'));            % Day of year
solarCorr = solarCorrection(d,lambda,str2double(UTCoff));              % Correction to local time
solarTime = localTime + minutes(solarCorr)

solarTime = datetime
   01-Jun-2016 12:18:06

Солнечный наклон и повышение

Включайте уравнения, чтобы описать базовую математику. Создайте уравнения с помощью команд LATEX. Чтобы добавить новое уравнение, перейдите к вкладке Live Editor и нажмите кнопку Equation. Дважды кликните уравнение, чтобы отредактировать его в Редакторе формул.

Наклон солнца ($$\delta$$) угол солнца относительно экваториальной плоскости земли. Солнечный наклон $$0^{\circ }$$ в vernal и осенних равноденствиях и повышениях к максимуму$$\mathrm{}23.45^{\circ }$$ в летнем солнцестоянии. В любой данный день года (d), наклон может быть вычислен от следующей формулы:

От наклона ($$\delta$$) и широта ($$\varphi$$) мы можем вычислить повышение солнца ($$\alpha$$) в текущее время.

Здесь $$\omega$$ угол часа, который является количеством углов вращения земли между текущим солнечным временем и солнечным полуднем.

delta = asind(sind(23.45)*sind(360*(d - 81)/365));          % Declination
omega = 15*(solarTime.Hour + solarTime.Minute/60 - 12);     % Hour angle
alpha = asind(sind(delta)*sind(phi) + ...                   % Elevation
     cosd(delta)*cosd(phi)*cosd(omega));
disp(['Solar Declination = ' num2str(delta) '   Solar Elevation = ' num2str(alpha)])

Solar Declination = 21.9634   Solar Elevation = 69.2589

Знание наклона солнца и локальной широты позволяет нам вычислять время восхода солнца и заката. Восход солнца и закат вычисляются в Стандартное Время.

midnight = dateshift(localTime,'start','day');
sr  = 12 - acosd(-tand(phi)*tand(delta))/15 - solarCorr/60;
sunrise = timeofday(midnight + hours(sr));
ss   = 12 + acosd(-tand(phi)*tand(delta))/15 - solarCorr/60;
sunset = timeofday(midnight + hours(ss));
disp(['Sunrise = ' datestr(sunrise,'HH:MM:SS') '   Sunset = ' datestr(sunset,'HH:MM:ss') ])

Sunrise = 04:15:34   Sunset = 19:08:11

Масса воздуха и солнечное излучение

Включайте изображения, чтобы проиллюстрировать важные тезисы в вашей истории. Чтобы включать изображение из файла, скопируйте и вставьте изображение из другого источника или перейдите к вкладке Live Editor и кликните по Кнопке с изображением.

Когда свет от солнца проходит через атмосферу земли, часть солнечного излучения будет поглощена. Масса воздуха является функцией солнечного повышения ($$\alpha$$). Как показано в схеме ниже, это - мера длины пути света через атмосферу (Y) относительно самого короткого пути (X), когда повышение солнца равняется 90$${}^{\circ }$$.

Чем больше масса воздуха, тем меньше излучения достигает земли. Масса воздуха может быть вычислена от уравнения

Затем солнечное излучение (в Kw/m^2) достижение земли может быть вычислено от эмпирического уравнения

AM = 1/(cosd(90-alpha) + 0.50572*(6.07955+alpha)^-1.6354);
sRad = 1.353*0.7^(AM^0.678);                                % kW/m^2
disp(['Air Mass = ' num2str(AM) '   Solar Radiation = ' num2str(sRad) ' kW/m^2'])

Air Mass = 1.0688   Solar Radiation = 0.93164 kW/m^2

Солнечное излучение на фиксированных панелях

Используйте гиперссылки на информацию о поддержке ссылки из других источников. Чтобы добавить гиперссылку, перейдите к вкладке Live Editor и кликните по Кнопке гиперссылок.

Панели, установленные с солнечным средством отслеживания, могут переместиться с солнцем и получить 100% излучения солнца, когда солнце продвигается по небу. Однако большинству установок солнечной батареи установили панели в фиксированном азимуте и наклоне. Поэтому фактическое излучение, достигающее панели, будет также зависеть от азимута солнца. Солнечный азимут ($$\gamma$$) направление компаса положения солнца в небе. В солнечный полдень в северном полушарии азимут солнца будет 180$${}^{\circ }$$ (юг). Солнечный азимут вычисляется от этого уравнения:

gamma = acosd((sind(delta)*cosd(phi) - cosd(delta)*sind(phi)*cosd(omega))/cosd(alpha));
if (hour(solarTime) >= 12) && (omega >= 0)
    gamma = 360 - gamma;
end
disp(['Solar Azimuth = ' num2str(gamma)])

Solar Azimuth = 191.8568

В северном полушарии типичной установке солнечной батареи ориентировали бы панели к югу с азимутом панели ($$\beta$$) из $$\mathrm{}180^{\circ }$$. В северных широтах типичный угол наклона ($$\tau$$) был бы 35$${}^{\circ }$$. Для фиксированных панелей излучение панели вычисляется от общего солнечного излучения с помощью этого уравнения:

beta = 180;                                                 % Panel azimuth
tau = 35;                                                   % Panel tilt
pRad = sRad*max(0,(cosd(alpha)*sind(tau)*cosd(beta-gamma) + sind(alpha)*cosd(tau)));
disp(['Panel Radiation = ' num2str(pRad) ' kW/m^2'])

Panel Radiation = 0.8989 kW/m^2

Размер панели и эффективность

Позвольте читателю изменить значения параметров в анализе, чтобы видеть, как различные значения параметров влияют на результаты.

До сих пор наши вычисления отражают теоретическое максимальное солнечное излучение, доступное для преобразования электроэнергии. Однако солнечные батареи не преобразовывают 100% доступного солнечного излучения в электричество. Эффективность солнечной батареи является частью излучения, достигающего панели, которая преобразована в электричество. Эффективность солнечной батареи зависит от проекта и материалов ячейки.

Как правило, жилая установка включает 20 $$m^2$$ из солнечных батарей с эффективностью 25%. Можно изменить параметры ниже, чтобы видеть, как эффективность и размер влияют на производство электроэнергии панели.

eff = 0.36;                          % Panel efficiency
pSize = 25;                          % Panel size in m^2
pElec = eff*pSize*pRad;                                     % Panel electric output in kW
disp(['Expected electical output = ' num2str(pElec) ' kW'])

Expected electical output = 8.0901 kW

Производство электроэнергии в зависимости от времени

Создайте графики в Live Editor вместе с кодом, который произвел их. Дважды кликните график открыть его в отдельном окне рисунка.

Мы можем теперь вычислить, сколько энергии панель произведет в любой день года. Чтобы упростить анализ, мы будем использовать функцию, вызванную использование panelRadiation that уравнения выше, чтобы вычислить почасовое общее солнечное излучение и излучение панели для данной даты и местоположения. Параметр isFixed устанавливается на 1 для фиксированных панелей, 0 для отслеживания панелей. Попробуйте различные даты, чтобы видеть, как излучение солнечного и панели изменяется в зависимости от времени года.

[time, sRad, pRad] = panelRadiation(date, longitude, latitude, UTCoff, panelTilt, panelAzimuth, isFixed)

isFixed = 1;
selectedYear = 2016;
selectedMonth = 1;
selectedDay = 1;
date = datetime(selectedYear,selectedMonth,selectedDay,'TimeZone',TZ);                      
[times, sRad, pRad] = panelRadiation(date, lambda, phi, UTCoff, tau, beta, isFixed) ;

plot(times,sRad,times,pRad)
title(['Solar and Panel Radiation for ' datestr(date,'mmmm dd yyyy')])
xlabel('Hour of Day');
ylabel('Radiation, kW/m^2')
legend('Available Solar Radiation','Solar Radiation on Panel', 'Location','South')

Мы можем повторить вычисление, чтобы оценить производство электроэнергии в течение каждого дня года.

date = datetime(2015,1,1:365,'TimeZone',TZ);        % Create a vector of days in the year
for i = 1:365
    [times, sRad, pRad] = panelRadiation(date(i), lambda, phi, UTCoff, tau, beta, isFixed) ;
    radiation = sum(pRad(1:end-1)+pRad(2:end))/2;
    dailyPower(i) = eff*pSize*radiation; 
end

plot(date,dailyPower)
title('Yearly Power Generation')
xlabel('Date');
ylabel('Power Generation, kW-hrs')

yearlyPower = sum(dailyPower);
disp(['Expected annual power output = ' num2str(yearlyPower) ' kW-hrs'])

Expected annual power output = 17917.7889 kW-hrs

Расширение анализа

Совместно используйте свой анализ с коллегами. Пригласите их воспроизводить или расширять ваш анализ. Работа совместно с помощью Live Editor.

В действительности истинная выходная мощность от солнечной установки будет значительно затронута локальными погодными условиями. Интересное расширение этого анализа состояло бы в том, чтобы видеть, как облачный покров влияет на результаты. В США мы можем использовать данные из следующих правительственных веб-сайтов.